目前，建筑物給水系統(tǒng)已逐漸放棄水塔、高位水箱、氣壓罐等傳統(tǒng)技術(shù)，而采用電腦控制配合變頻調(diào)速器對水泵電機(jī)無級調(diào)速、恒壓給水。這種技術(shù)在穩(wěn)定水壓、減少設(shè)備體積、節(jié)能等方面有很大進(jìn)步，但由于使用了價(jià)格昂貴、技術(shù)復(fù)雜的變頻調(diào)速器，降低了給水系統(tǒng)的性能價(jià)格比。
要解決這一問題，zui有效的方法是在基本不降低給水系統(tǒng)性能前提下降低變頻調(diào)速器的選用容量。市場調(diào)查表明，變頻調(diào)速器的容量越大，對工程造價(jià)的影響越大。因此，在設(shè)計(jì)容量較大的給水系統(tǒng)時，如何降低變頻調(diào)速器的容量，是提高工程性能價(jià)格比的zui有效技術(shù)途徑。
1 二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法
在文獻(xiàn)［1］中提出了一種不使用變頻器（或氣壓罐）的自動穩(wěn)壓給水方法，即二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法，現(xiàn)介紹如下：
圖1是運(yùn)用二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水方法構(gòu)造的系統(tǒng)示意圖。
該系統(tǒng)共有四臺水泵M0、M1、M2、M3并聯(lián)運(yùn)行，組合給水。各臺水泵的額定揚(yáng)程相同，額定流量呈二倍遞變，即如M0的額定流量為q，則其他三臺水泵M1、M2、M3的額定流量分別為2q、4q、8q。
以數(shù)字1表示水泵工作，數(shù)字0表示水泵停止工作。于是M0、M1、M2、M3四臺水泵的工作狀態(tài)各用一位二進(jìn)制數(shù)a0、a1、a2、a3加以表達(dá)。它們組合在一起時的工作狀態(tài)用一個四位的二進(jìn)制數(shù)a3a2a1a0表示。
如表1所示，四位二進(jìn)制數(shù)共有16種變化情況，這些變化狀況不僅代表了當(dāng)時水泵的組合，而且代表了當(dāng)時水泵組合所能提供給水系統(tǒng)的出口 流量Qt（在計(jì)算每種工況的出口流量時，近似忽略了由于水泵并聯(lián)運(yùn)行所造成的流量損失）。即這個數(shù)越大，則出口流量越大；這個數(shù)越小，出口流量越小。由此找到了根據(jù)用戶用量大小，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的出水流量以保證穩(wěn)壓給水的方法，其工作原理是：電接點(diǎn)壓力表設(shè)定上限壓力H2、下限壓力H1，由H1與H2構(gòu)成了壓力穩(wěn)定區(qū)間。如實(shí)際水壓H偏低，H＜H1時，可編程控制器按表1所示二進(jìn)制數(shù)a3a2a1a0的遞增規(guī)律切換水泵組合的工作狀態(tài)，增加系統(tǒng)出水流量，水壓上升直到H≥H1，如水壓H偏高，H＞H2時，可編程控制器按a3a2a1a0遞減規(guī)律切換水泵組合的工作狀態(tài)，減少系統(tǒng)流量，水壓下降直至H＜H2。這樣正常工作時H1＜H＜H2，供水系統(tǒng)的實(shí)際水壓H就 被穩(wěn)定在H2與H1所規(guī)定的范圍之內(nèi)，達(dá)到穩(wěn)定水壓之目的。
利用這種技術(shù)，在穩(wěn)壓精度不高，用水負(fù)荷波動不太頻繁情況下，不使用變頻調(diào)速器亦可穩(wěn)壓供水。但當(dāng)穩(wěn)壓精度較高時，如不使用變頻調(diào)速器，就必須配備較多的水泵（當(dāng)然水泵的數(shù)目比傳統(tǒng)水泵并聯(lián)組合方法大為減少），對優(yōu)化工程設(shè)計(jì)與方便施工十分不利 。另外，用戶負(fù)荷變化較大時，不使用變頻調(diào)速器會造成水泵組合頻繁切換，使系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)壓精度大為下降，電機(jī)的不斷啟停使能耗加劇。綜合評價(jià)較為理想的方案是把變頻恒壓給水技術(shù)與二進(jìn)制變流量水泵組合穩(wěn)壓給水技術(shù)結(jié)合使用。
2 水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速恒壓給水方案
如圖2所示，該系統(tǒng)共有三臺水泵（虛線所畫水泵不計(jì)入）P0、P1、P2，其中P0與P1的額定流量為q，而P2的額定流量較大為2q，三臺水泵的額定揚(yáng)程相同。另外只有P0采用變頻器連續(xù)控制轉(zhuǎn)速，而P1與P2直接工頻電源開關(guān)控制。
這樣配備的水泵系統(tǒng)與典型的變頻恒壓給水系統(tǒng)相比較，后者一般采用兩臺大小一致的相同水泵，一臺變頻調(diào)速控制、一臺工頻開關(guān)控制，多用了一臺小水泵。但由于變頻器所控制的水泵流量下降一倍，故所采用變頻器的容量也大致下降一倍。實(shí)現(xiàn)了用容量小的變頻器代替大容量的變頻器，降低了整個系統(tǒng)的性能價(jià)格比。
下面描述圖2給水系統(tǒng)的工作原理。對采用開關(guān)控制的水泵P1與P2，用數(shù)字1表示水泵工作，以數(shù)字0表示水泵停止工作，于是P1與 P2的組合工作狀態(tài)用一個兩位的二進(jìn)制數(shù)a2a1表示（如表2）。P0采用變頻器連續(xù)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，把它與P1P2的組合工作相結(jié) 合，則整個給水系統(tǒng)的流量可以在0≤Qt≤4q的區(qū)間連續(xù)變化（計(jì)Qt時近似忽略了由于水泵并聯(lián)所造成的流量損失）。表2與表1的不同之處在于：由于變頻調(diào)速水泵P0的加入，可以在0≤Qt≤4q的全流量范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)給水流量，故理論上可以實(shí)現(xiàn)高精度的恒壓控制，而不是表1所描述的在一定范圍內(nèi)的穩(wěn)壓控制。同時，與傳統(tǒng)的恒壓變頻調(diào)速給水系統(tǒng)相比較，變頻器的設(shè)計(jì)選用容量可減小一半。因此，本方案兼具了二進(jìn)制變流量水泵組合方案和典型變頻調(diào)速恒壓給水方案的優(yōu)點(diǎn)。
表2 二臺水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速器設(shè)計(jì)
如圖2所示，若再增加一個容量為4q的水泵P3（虛線畫出），依據(jù)相同的工作原理，給水系統(tǒng)的出口流量可以在0＜Qt＜8q范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，同時水壓基本恒定（見表3）
表3 三臺水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速器設(shè)計(jì)
通過以上二例可以總結(jié)出，如給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量為Q，則可以把變頻水泵的容量設(shè)計(jì)成q=Q/2n（n=1、2、3……）。同時再配備n臺工頻電源開關(guān)控制的水泵，這n臺水泵的額定揚(yáng)程相同且與變頻水泵的揚(yáng)程一致，但額定流量設(shè)計(jì)值卻是兩倍遞變，即從小到大為：q、2q、4q……2n-1q。
由這（n+1）臺水泵（1臺變頻調(diào)速控制，n臺工頻開關(guān)控制）構(gòu)成的水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn)在全流量變化范圍內(nèi)高質(zhì)量的恒壓給水，又把變頻器的設(shè)計(jì)容量降為q=Q/2n，降低了變頻器的工程預(yù)算價(jià)格，提高了整個給水系統(tǒng)的性能價(jià)格比。
3 結(jié)論
本文提出了水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水方案。它既保留了變頻調(diào)速方案的優(yōu)點(diǎn)：全流量范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度的恒壓給水，又利用水泵組合技術(shù)大大降低了變頻器選用容量，提高了系統(tǒng)的性能價(jià)格比。
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